Szalay SándorEötvös L. Tudományegyetem, Budapestés Johns Hopkins University, Baltimore

Az Univerzum téridő térképei

a Sloan Digital

Sky Survey

Az Univerzum téridő térképei

a Sloan Digital

Sky Survey

Az ég első térképei

Kinai, 940 A.D.Kinai, 940 A.D.

Tycho Brahe 1600 A.D.

Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből

Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből

USNO

Palomar és UK Schmidt lemezek alapján 1980-90

COBE, 1990

A mikrohullámú háttér fluktuációinak felfedezése

Astrophysical Research Consortium (ARC)Astrophysical Research Consortium (ARC)

Célunk az északi égbolt minden eddiginél részletesebb térképe,5 év alatt, kb. $80M USD költséggel

40 Terabyte nyers adat, kb. 3 Terabyte a feldogozás után

Célunk az északi égbolt minden eddiginél részletesebb térképe,5 év alatt, kb. $80M USD költséggel

40 Terabyte nyers adat, kb. 3 Terabyte a feldogozás után

The University of Chicago Princeton University The Johns Hopkins University The University of Washington Fermi National Accelerator Laboratory US Naval Observatory The Japanese Participation Group The Institute for Advanced Study New Mexico State University Max Planck Institute für Astrophysik Max Planck Institute für Astronomie

SLOAN Alapitvány, NSF, DOE, NASA

The University of Chicago Princeton University The Johns Hopkins University The University of Washington Fermi National Accelerator Laboratory US Naval Observatory The Japanese Participation Group The Institute for Advanced Study New Mexico State University Max Planck Institute für Astrophysik Max Planck Institute für Astronomie

SLOAN Alapitvány, NSF, DOE, NASA

A Sloan Digital Sky Survey

Motiváció

Az Univerzum “végső” térképe: a Kozmikus Genóm Projekt!

A galaxisok térbeli eloszlása: Mi a fluktuációk eredete?

Mi az eloszlás topológiája?

Mit tartalmaz az Univerzum? Mennyi a sötét anyag?

Népszámlálás az Univerzumban: Hogyan kelekeztek a galaxisok?

Az Univerzum idősebb objektumai: Hol vannak a legtávoabbi kvazárok?

A táguló Univerzum

v = Hv = Hoo r rHubble törvény

v = Hv = Hoo r rHubble törvény

Az Univerzum tágul: a galaxisok távolodnak, mérhető a spektrumvonalak vöröseltolódásából

= = sűrűségsűrűség//kkritiritikuskusha <1, örökké tágul

= = sűrűségsűrűség//kkritiritikuskusha <1, örökké tágul

Az Univerzum sorsát a tágulási és a gravitációs energia aránya dönti el

Az Univerzum elemei

A galaxisok térbeli eloszlása jól meghatározott szerkezetet mutat, amely a korai Univerzumból származik.

P(k):P(k): fluktuáció spectrumP(k):P(k): fluktuáció spectrum

d d > > * * > > d d > > * * > >

Az Univerzum tömegének legnagyobb része sötét anyag, valószinűleg hideg.

> > dd> > dd

Az Univerzum gravitációs energiájának legnagyobb része un. sötét energia, vagy kozmológiai konstans.

Az Univerzum paraméterei

H0 Hubble konstans 55-75 km/s/Mpc0 a sűrűségi paraméter 0.25-1t0 az univerzum életkora 13-15 Gév0 az univerzum görbülete 0.9-1.1m az anyag sűrűsége 0.2 - 0.3 a kozmológiai konstans 0 - 0.7B / 0 a barion-tartalom 0.1-0.2 a neutrinók sűrűsége ?

Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt...

Cél: néhány százalékos pontosság 2 éven belül

H0 Hubble konstans 55-75 km/s/Mpc0 a sűrűségi paraméter 0.25-1t0 az univerzum életkora 13-15 Gév0 az univerzum görbülete 0.9-1.1m az anyag sűrűsége 0.2 - 0.3 a kozmológiai konstans 0 - 0.7B / 0 a barion-tartalom 0.1-0.2 a neutrinók sűrűsége ?

Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt...

Cél: néhány százalékos pontosság 2 éven belül

PreciPreciziós kziós koozzmolmológiaógia!!PreciPreciziós kziós koozzmolmológiaógia!!

A Kozmikus Genóm projekt

Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe

Gregory and Thompson 1978

deLapparent, Geller and Huchra 1986daCosta etal 1995

SDSS Collaboration 2002

Galaxis katalógusok

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10 1.00E+11

Volume in Mpc 3

No

of

ob

jec

ts

LCRS

SDSSmain

SDSSred

SDSSabs line

SDSSphoto-z

2dFRCfA+SSRS

SAPMQDOT

2dF

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10 1.00E+11

Volume in Mpc 3

No

of

ob

jec

ts

LCRS

SDSSmain

SDSSred

SDSSabs line

SDSSphoto-z

2dFRCfA+SSRS

SAPMQDOT

2dF

A galaxisok eloszlása

Egészen nagy skálákon is megmérjük a galaxisok eloszlását

A fluktuácók amplitudójának hibája

1970 x1001990 x21995 ±0.41998 ±0.21999 ±0.12001 ±0.05

A fluktuácók amplitudójának hibája

1970 x1001990 x21995 ±0.41998 ±0.21999 ±0.12001 ±0.05

Releváns hossz-skála

Távolságokat Megaparszekben mérünk: 1 Mpc = 3 x 1024 cm 5 Mpc = a galaxisok közti távoság3000 Mpc = az Univerzum mérete

ha >200 Mpca fluktuációk alakja PRIMORDIÁLIS

ha <100 Mpca gravitáció hatására éles strukturák,falak és üregek keletkeznek

Biasing galaxisok nem mindenütt keletkeznek: a legtöbb galaxis a nagy sűrűségű helyek közelében található, ezért az Univerzumban a fény eloszlása jobban strukturált mint a tömegé.

Az Univerzum topológiája

Milyen a galaxisok eloszlása?Falakon vannak-e főleg a galaxisok, vagy inkább majdem véletlenszerűen helyezkednek el?

A legtávolabbi objektumok

Közeli és távoli kvazároktöbb szinben tudunk kvazárokat keresniigy jobban szétválnak a csillagoktólMilyen messze vannak a legtávolabbi kvazárok?Mikor keletkeztek a galaxisok?

Közeli és távoli kvazároktöbb szinben tudunk kvazárokat keresniigy jobban szétválnak a csillagoktólMilyen messze vannak a legtávolabbi kvazárok?Mikor keletkeztek a galaxisok?

Speciális 2.5m távcső, Apache Point, NM3 fokos látószögLapos fókuszsik

Két, egymást kiegészitő kisérlet:Nagy felbontású képek öt szinbenSpektrumok felvétele

Óriási CCD mozaik52 CCD, 120 millió pixel,jelenleg a világ legnagyobb kamerája

Két nagy felbontású spektrográf640 fényvezető üvegszál,3900Å-től 9200Å-ig terjedő spektrumok

Automatizált adatfeldolgozás130 emberévnyi szoftver fejlesztés

Óriási adatmennyiségTöbb mint 40 Terabyte nyers,kb. 3 Terabyte feldolgozott adat.Az eddigi adatok nyilvánosak (2001 junius 5)

Az SDSS elemei

Apache Point Obszervatórium

Apache Point, Új Mexikó, a White Sands National Monument közelében

Apache Point, Új Mexikó, a White Sands National Monument közelében

Az SDSS távcső

Megfigyelési stratégia

A képek 2.5 fok széles sávok

Elkerüljük a Tejútrendszer sikját

A déli féltekén többszörös (30) expozició

A képek 2.5 fok széles sávok

Elkerüljük a Tejútrendszer sikját

A déli féltekén többszörös (30) expozició

Az SDSS körvonalai

Több-szinű fotometria

• SDSS 5 szinben készit képeket ~1500 Å, ~5000 Å• 30,000 galaxis/perc• 150 milló galaxis,

150 millió csillag• 10,000 négyzetfok,

az ég ¼-e• `drift-scan’: a Földdel

együtt forog a távcső• Másodpercenként 8MB

A galaxisok vöröseltolódása távolság

A SDSS Redshift Survey:1 millió galaxis - ebből 100,000 elliptikus (z=0.4)100,000 kvazár100,000 csillag

Két spektrográfátfogás 3900-9200 Å.egyszerre 640 spektrum1.5 Å felbontás

Az adatfeldolgozás teljesen automatikus

A spektroszkópia

A célok kiválasztása

Egyszerre 3 fok átmérőÖsszesen 2200 megfigyelés, egyenként 1 óráigEgyidejűleg 640 spektrum

Egyszerre 3 fok átmérőÖsszesen 2200 megfigyelés, egyenként 1 óráigEgyidejűleg 640 spektrum

A műszerek

A kamera

A “csíkos” ég

Kalibrációk

A légkör áteresztőképességeállandóan változik: kalibráció szükségesRobot-távcső: automatikusan követi a fő távcsövet

A légkör áteresztőképességeállandóan változik: kalibráció szükségesRobot-távcső: automatikusan követi a fő távcsövet

Az első képek

1998 május 9 1998 május 9

NGC 2068

UGC 3214

NGC 6070

A spektrogáfok

Az üvegszálak

•A galaxisok fényét vezetik a spektrográfba

•Összesen 640 üvegszál

•A galaxisok fényét vezetik a spektrográfba

•Összesen 640 üvegszál

Az első spektrumok

Elliptikus galaxis (E)Elliptikus galaxis (E)

Spirál Galaxis (Sc)Spirál galaxis (Sc)

Irreguláris galaxis (Irr)Irreguláris galaxis (Irr)

KvazárKvazár

Adatáramlás

Automatikus adatfeldolgozás

Katalógus 800 GB 300 millió csillag és galaxis, 400 paraméter

Távolságok 1 GB 1.2 millió galaxis és kvazár

Kivágott képek 3 TB 5 szinű kivágás x 300 millió

Spektrumok 60 GB 1 dimenziós alakban

Egyéb katalógusok 20 GB - galaxishalmazok - kvazár abszorpciós vonalak

Katalógus 800 GB 300 millió csillag és galaxis, 400 paraméter

Távolságok 1 GB 1.2 millió galaxis és kvazár

Kivágott képek 3 TB 5 szinű kivágás x 300 millió

Spektrumok 60 GB 1 dimenziós alakban

Egyéb katalógusok 20 GB - galaxishalmazok - kvazár abszorpciós vonalak

A processzált adatok

A legtávolabbi kvazárok

A hét legtávolabbi kvazárt az SDSS találta!

A hét legtávolabbi kvazárt az SDSS találta!

2000 tavasza: 5.3 és 5.8 vöröseltolódás

2001 tavasza: 6.0 és 6.28

2000 tavasza: 5.3 és 5.8 vöröseltolódás

2001 tavasza: 6.0 és 6.28

Barna törpék

SDSS & 2MASS

SDSS T-dwarf (June 1999)

Az első 35,000 távolság

Fluktuációspektrum

• Az eddigi legpontosabb mérése az Univerzum fluktuációspektrumának (Szalay etal 2001) – hiba 5%

• Első alkalom, hogy a mikrohullámú háttér mérései és a galaxiseloszlás átfednek– Pontos mérése az amplitudónak és a csúcs helyének– Az Univerzum görbülete 0 közelében– Konzisztens a kozmológiai konstans 0.7 körüli értékével

• Ez a teljes SDSS adatoknak csak 2%-a, és csak az égen mért poziciót használtuk

• Ha távolságokat is figyelembevesszük, várható pontosság kb. 1-2%

Jelenlegi helyzet

• Mintegy 2000 négyzetfokról elkészültek a képek• 200,000 spektrum készen• Nyilvános adatok:

– 600 négyzetfok, 15 milló objektum

– 50,000 spektrum

• Több nyelvű honlap (angol, német, japán), amely iskolások számára készült, tele érdekességekkel (Microsoft/Compaq segitségével)

• A következő év folyamán mindenféle feladatokatkészitünk, amelyben a gyerekek maguk megismételhetik Hubble méréseit

http://skyserver.fnal.gov• Szeptember végére az ELTE-n saját kópia

Merre tovább?

• Távcsövek felülete csaklassan növekszik

• Spektroszkópia 18 havonta duplázódik

• CCD pixelek éventeduplázódnak

• Egyre több az adat...• Hogyan tudjuk ezeket

elérni és analizálni?

• A következő generáció térképei teljesen megváltoztatják a mai csillagászatot

az ég nagy részét lefedikhomogén, jól kalibrált katalógusok5 éven belül 11 hullámhosszon készül térkép - SDSS + FIRST, GALEX, PRIME

• A technológia az adatok kezelésére már elérhető és egyre jobb lesz• Adatbányászat (“Data mining”) rengeteg új felfedezéshez vezet majd• A katalógusok integrálása a következő nagy feladat:

=> Virtuális Obszervatórium

Az Univerzum Mega-Térképei

Magyar hozzájárulások

Budavári Tamás (JHU/ELTE)

Csabai István (ELTE)

Szapudi István (U. Hawaii)

Szokoly Gyula (Potsdam)

Szalay Sándor (JHU/ELTE)

Összefoglalás

Az SDSS projekt ötvözi a csillagászat, fizika, számitástudomány eszközeitAz SDSS projekt ötvözi a csillagászat, fizika, számitástudomány eszközeit

Máris lényegesen befolyásolja az Univerzumról alkotott képünketMáris lényegesen befolyásolja az Univerzumról alkotott képünket

Megméri, hogyan keleteztek az Univerzum legnagyobb képződményeiMegméri, hogyan keleteztek az Univerzum legnagyobb képződményei

A‘virtuális univerzum’ nem csak csillagászok számára lesz érdekesA‘virtuális univerzum’ nem csak csillagászok számára lesz érdekes

Évtizedekig ez lesz az egyik fő csillagászati referencia-térképÉvtizedekig ez lesz az egyik fő csillagászati referencia-térkép

Alapjában változtatja meg a csillagászat szociológiájátAlapjában változtatja meg a csillagászat szociológiáját

www.sdss.orgwww.sdss.org

skyserver.fnal.govskyserver.fnal.gov